Насколько реально сделать в домашних условиях ЖРД? - часть 3

Xan> Так что дальше можно не спорить.
Полностью с тобой согласен. Просто не имеет смысла, потому как этот диалог более чем показателен. Честно: весьма сожалею, я был лучшего мнения о тебе. У нас на работе используется гидразин-гидрат, так что я хорошо представляю, о чем идет речь.

Ты, виноват, или действительно придурок (такое встречается у переучившихся), или искусно придуриваешься. С какой-то непонятной целью...

Xan>> У нас на работе используется гидразин-гидрат, так что я хорошо представляю, о чем идет речь.

Интересно, и как же вы его используете?

Гидразин реагирует со всем подряд, даже с воздухом. Ничего такого природе от 10кг гидразина имхо не будет. Самое худшее - попадет в речку, но там и так без него йадов хватает)

Только уважаемый Xan врядли добудет столько гидразина с такой экстравагантной ракетой, да еще и на своих ногах уйдет в случае аварии.

Non-conformist> Ты знаешь, Александр, сейчас тебе лучше привести убедительную ссылку, где пишется о том, что гидразин может применяться в качестве азотного удобрения.

Гидразид малеиновой кислоты - стимулятор роста.
Очень близкое вещество, диамид - мочевина(!)

Xan> Спрошу здесь:
Xan> 1. Кто-нибудь делал гидразиновые движки?
Xan> 2. Как гидразин действует на пластмассы?

Все кроме фторопласта реагирует, или разбухает.

Non-conformist>> У нас на работе используется гидразин-гидрат, так что я хорошо представляю, о чем идет речь.
umbriel> Интересно, и как же вы его используете?
В цикле химводоочистки - им кислород убивают. У нас в гидразинной (там стоят насосы-дозаторы) какой-то придурок по проекту нарисовал киповский местный щит (температура, какой-то расход и прочий некритичный триппер). Потом цеховое начальство (по многочисленным просьбам трудящихся) таки перенесло этот щиток на улицу, в будочку.

metero> Расскажи о клапанах. У меня тоже есть кое -какие, и обещают еще. Я смотрел твои, для меня маленкими кажутся. Да, что думаеш насчет клапана , которьiй удерживает жидкость до наддува , типа гриб с пружинкой , самооткрьiвается при 0.5 атм.И работает как обратньiй клапан при превьiшении давлении в камере. У меня пока только на бумаге, если есть что-то уже сделанное , интересно. Сечение мне нужно at least 6мм диаметром.

Пётр!
Существует обширное семейство valves, различающихся как по принципу действия, пропускной способности, материалам, управлению и т.д. Чтобы правильно выбрать тип клапана, или разработать его, или адаптировать из имеющихся, нужно твёрдо знать (в приложении к ракетному двигателю), какая рабочая пара будет использоваться, желаемый It и размеры двигателя. Это философия. А теперь - практика. Мой опыт основан, как на общелабораторном (высокий и средний вакуум, агрессивные газы, сосуды высокого давления (до 400 Bar)) использовании запорной арматуры (советской и западного рынка), так и на проектировании и испытаниях гаммы гибридных ракетных движков пока малых классов тяги и спутниковых трастеров. Когда занялся дизайном микрогибрида, то разработал для него микропироклапан на принципе "выжигаемой диафрагмы". Преимущество гибрида в том, что жидкая компонента топлива одна. Поэтому клапанов требуется от одного до двух. Один клапан для заправки, другой для инжекции. Иногда они обьединяются в один (в случае двиг. схемы "monocoque" с пережигаемой питающей трубкой). В минигибриде (описан в топике ГРД:от тактики к практики) использованы три клапана. Первый - заправочный (система "ниппель"), изготовлен на базе стандартного "fitting couple" для вакуумных линий проходного диаметра 4 мм. В нём, в качестве запорного элемента использован шарик 6 мм от подшипника, поджимаемый пружинкой. Давление открытия порядка 1.1 атм. Прекрасно работает в линии заправки криогенной закисью, поскольку не имеет неметаллических деталей. После заправки небольшое травление убирается навинчивающейся пробкой-колпачком с конусом, надеваемым на запаянную трубку. Такой клапан можно легко сделать на базе одной из коммерческих систем. Например Swagelok. Посмотри у себя в Болгарии на рынке таких материалов. Это сравнительно недорогие высокоточные элементы из нерж. стали. Их гамма, отличающаяся пропускным диаметром. В тех диапазонах тяги, о которых мы говорим, будут хорошо работать элементы с вн. диам. 4 - 6 мм (1/4"). Эти же элементы (фиттинги) могут быть использованы во всех соединениях между баком и камерой. Тот же Swagelok имеет широкую гамму шаровых клапанов и quick connectors. Миниатюрные шаровые клапаны с корпусом из нерж.стали могут быть легко моторизированы (есть на Инете масса прототипов) рулевой машинкой и контролироваться как по радио, так и по каблю. В случае закиси такой клапан можно также подобрать из арматуры для бытового газа. Есть (у нас в лавке за углом) краны-клапаны на 1/2" (по фланцам) из бронзы со стальным шаром. Его также легко контролировать на дистанции. Я также делал пироклапан из вакуумно-газового клапана марки "Hokе". В нём использовался "исчезающий выгораемый элемент", освобождавший сильфон клапана
Их выпускается целая гамма в зависимости от проускания. Такой способ даёт возможность экономить веса, но не позволяет управлять тягой (закрыто/открыто). Но на первых порах этого и не требуется. Зато простота и малые габариты окупают. Короче, когда ты опртеделишься, то в зависимости от объёма бака, можно будет подыскать и сконструировать приемлимый клапан как для заправки, так и для инжекции. А также соединительные линии и фланцы. Закись, кстати, позволяет работать без о-рингов, на обычном уплотнении по резьбе с тефлоновой лентой и вак. смазкой. На фото инжекторный клапан с выжигаемым элементом.

На фото 2,3 заправочный клапан "ниппель" на базе фиттинга.

a_centaurus> На фото 2, заправочный клапан "ниппель" на базе фиттинга.

Фото 3 -шаровой клапан марки Hocke. Прекрасно держит НОх. Внутреннее отверстие - 4 мм. Может быть моторизован.

Спасибо за подробное объяснение, Алекс. Досаждаю вопросами, если позволиш.

a_centaurus> Один клапан для заправки,

Я думаю его съекономить, используя готовую бутьiлку для азота от страйк-бол, в которой он интегрирован. На ней , кроме того, есть предохранительньiй клапан превьiшения давления.
a_centaurus>.. В нём, в качестве запорного элемента использован шарик 6 мм от подшипника, поджимаемый пружинкой. Давление открытия порядка 1.1 атм.
Вот о подобном спрашивал, думаю таким держать топливо, чтобьi оно не текло во время стартовой подготовки. Только думал седло клапана сделать из тефлона. И давление открьiтия на 0.3-0.5 атм.

a_centaurus> Такой клапан можно легко сделать на базе одной из коммерческих систем. Например Swagelok.
Посмотрю.

a_centaurus> В тех диапазонах тяги, о которых мы говорим, будут хорошо работать элементы с вн. диам. 4 - 6 мм (1/4").
О каких диапазонов говорим? Я - от 400 до 1000N. Как определяеш диаметр арматурьi? По моим расчетам 4мм мало.Если есть конкретнье формули, можеш их написать? Только не шли за литературой в библиотеке, а именно конкретно как считал, я по литературе считал, которая как в мастерской, так и в другие места. Есть расход, есть плотность компонента, давление наддува...Потому что есть алюминиевьiе трубки от гидравлики управления рулями самолета ТУ134. Они -6мм внутреннего диаметра. Вместе с фиттингами, тоже из алюминия,точнее- дюраля, все легко и компактно.И очен хочется , чтобьi они пропустили поток.По моим расчетам, 500 Н предел для них. Да, давление в камере порядка 20 атм, наддува - 25-26. Пока. Знаю, что если давление вьше, и УИ и КПД вьiше, но технические сложности тоже возрастают.

a_centaurus> и quick connectors.
Они есть, но как правило , для воздуха, на 10 атм. Или ети специально гидравлические ВД?

a_centaurus> Закись, кстати, позволяет работать без о-рингов, на обычном уплотнении по резьбе с тефлоновой лентой и вак. смазкой.
Почему? Любопитно.
Вакуумная смазка у нас ох-тьi как дорогая, 18 евро тюбик, небольшой.

metero> Спасибо за подробное объяснение, Алекс. Досаждаю вопросами, если позволиш.
Пътр!
Я понял твою идею. Ты хочешь использовать независимую подачу F и О в КС. Если О - это NOх, то F - будет пропан. Тогда bottle для strike ball будет идеальным в качестве бака. Вот только есть ли у него дренажный клапан? Он необходим для заправки бутылки закисью. Емкость у него кажется - 1 литр. То есть, на 600 г NOх. При соотношении 3:1 (это навскидку, потом посмотрю в бумагах) вес пропана у нас будет - 200 г. При расходе закиси 100 г/с это нам даст ок. 6 сек. работы. Ну и тягу ок. 20 N он нам даст на 300 пси. Или 120 Н*с. Форсунка для закиси будет простой однопортовой, а пропан нужно подавать из нескольких отверстий (концентрического типа) вокруг. Расчёт простого инжектора для закиси есть у меня в Manual для расчёта ГРД в топике Гибриды на РМ (new). Для пропана надо будет сделать некий up-grade. Насколько мне помнится расчёт форсунок для этой пары есть в отчёте ДАРПА . Потом посмотрю. Но и с тем что есть можно апроксимировать площади и диаметры отверстий форсунок. Так, для закиси это будет примерно 2.2 -2.5 мм. Для пропана надо посчитать. Расчёт, конечно, очень грубый, но позволяет прикинуть размеры и материалы будущего ЖРД. Бак для пропана можно будет выточить из дюраля. Для 200 грамм это будет цилиндр 38х 250-300 мм. Крышки на резьбе. Клапан для заправки можно адаптировать от стандартного баллончика для заправки плиток или зажигалок. Или от велокамеры. Пока не вижу необходимости предохранительного клапана для этого бака. Если пресурризовать пропан азотом, то это надо сделать в последнюю очередь. Перед включением зажигания. Для уверенного старта , и чтобы избежать взрывов пропана, лучше использовать preheater grain (как в гибриде) . Небольшая шашка композитного топлива, установленная в прекамере, после разгорания откроет пироклапан для впрыска закиси, а затем клапан с remote control добавит в процесс жидкую компоненту топлива - пропан. Такая схема мне видится надёжной и вполне реализуемой. Открыт вопрос об охлаждении камеры. Конечно, для 6 с. работы и первого прототипа, можно изготовить аблативный вкладыш из стеклотекстолита, а камеру и сопло выточить из дюраля. но для перспективы лучше предусмотреть регенеративный контур охлаждения на той же закиси. Или утопить камеру в бак с О. Но тогда надо будет его отдельно разрабатывать.
Ну а вак. смазку надо купить. Это очень важный компонент любых систем вакуума и давления. Только надо брать transparent tipe на базе силикона. Мною используется Dow Corning. Хотя для закиси все производители навязывают kretone. Она дороже, а работает с закисью так же.
a_centaurus>> и quick connectors.
metero> Они есть, но как правило , для воздуха, на 10 атм. Или ети специально гидравлические ВД?

Swagwlok делает эти микроконнекторы специально для жидкостей. В частности для криогенных жидкостей. Его использовала итальянская группа для своих ГРД Volcan, как заправочный клапан. Я когда-то купил такой (250 USd), для лаборатории, но никогда в двигателях не использовал. Жалко было. Но штука удобная.

a_centaurus> Я понял твою идею. Ты хочешь использовать независимую подачу F и О в КС. Если О - это NOх, то F - будет пропан. Тогда bottle для strike ball будет идеальным в качестве бака. Вот только есть ли у него дренажный клапан?
А пока не нужен. Бутьiлки заправляют на месте , лишь переходник может понадобиться.Посмотри фото- там видно, что есть защитний клапан, а заправка- фланец; ету пупьришку сверху , если нажать, впускает-вьiпускает газ.

a_centaurus> При соотношении 3:1
5:1 по пропепу. Я уже в етой теме публиковал линк к таблице, которую сделал для расчета LRM- http://metero.nm.ru/LRM/N2O_propan.xls. ПО ней посмотри что я насчитал для пару NOX-Propane. Спирт вроде доступнее и УИ такой же. Там К О/Г =4
Таблица с плотностями закиси в ГРД не нашел, первая часть не находится. Посмотрел в сети-1.79,так и проставил.
a_centaurus> Крышки на резьбе. Клапан для заправки можно адаптировать от стандартного баллончика для заправки плиток
Идейно.:)


a_centaurus> Для уверенного старта , и чтобы избежать взрывов пропана, лучше использовать preheater grain (как в гибриде) . Небольшая шашка композитного топлива, установленная в прекамере, после разгорания откроет пироклапан для впрыска закиси, а затем клапан с remote control добавит в процесс жидкую компоненту топлива - пропан. Такая схема мне видится надёжной и вполне реализуемой.
Тоесть, сначало пустить закись , а потом горючее? Или наоборот? Я думал сделать небольшое ответвление и сначало подать 10-15% смеси, а потом все 100%. Шашка зажигания- да , конечно.Пока.
a_centaurus> Открыт вопрос об охлаждении камеры. Конечно, для 6 с. работы и первого прототипа, можно изготовить аблативный вкладыш из стеклотекстолита, а камеру и сопло выточить из дюраля.
Я планирую камеру сделать из жаропрочной стали, а охлаждение завесой, того компонента, которого больше, в случае -закисю.

a_centaurus> но для перспективы лучше предусмотреть регенеративный контур охлаждения на той же закиси.
Ето -второй етап. Если первьiй заработает- т.е., получится хоть какой ЖРД, уже можно пробиваться к спонсорам- наш , кстати, царь-Симеон, помешан на все , что летает

a_centaurus> Ну а вак. смазку надо купить. Это очень важный компонент любых систем вакуума и давления. Только надо брать transparent tipe на базе силикона. Мною используется Dow Corning. Хотя для закиси все производители навязывают kretone. Она дороже, а работает с закисью так же.
Да. Сделав омлет, по скорлупам не плачут:)

> Я планирую камеру сделать из жаропрочной стали, а охлаждение завесой, того компонента, которого больше, в случае -закисю.
Краем уха слышал, что в сталелитейных печах (конвертерах Бессемера) используются сравнительно тонкостенные, МЕДНЫЕ, охлаждаемые принудительной циркуляцией воды конструкции, которые имеют солидный рабочий ресурс. Это при 1600 .. 1700 С. За точность этой информации ручаться не могу.

На Ракетомодельном (Serge77_Ol29) проходила также информация о попытке охлаждения металлического соплового блока РДТТ принудительной циркуляцией воды, которую обеспечивала автомобильная помпа. Попытка закончилась неудачей - насколько я помню из-за того, что в качестве материала блока использовалась конструкционная сталь, а не цветной металл с гораздо более высокой теплопроводностью.

А что, если в качестве агента охлаждения использовать СО2, клапан которого открывать одновременно с подачей импульса зажигания? Судя по опыту общения с углекислотными огнетушителями, для того, чтобы КС НЕработающего небольшого ЖРД покрылась инеем в летнюю жару, будет нужен сравнительно небольшой расход. Предложение подразумевает намеренный уход от схемы охлаждения КС компонентами топливной смеси - с целью упрощения конструкции...

metero> Я планирую камеру сделать из жаропрочной стали, а охлаждение завесой, того компонента, которого больше, в случае -закисю.

Тут надо бы посоветоваться с кем-то знающим. Закись - это монотопливо с высокой температурой разложения. Поэтому она может не охлаждать, а наоборот нагревать стенку. Конечно, температура в пристеночном слое всё равно будет ниже, чем в центре камеры, где закись горит с горючим, но не настолько ниже, как хотелось бы.

Non-conformist> Краем уха слышал, что в сталелитейных печах (конвертерах Бессемера) используются сравнительно тонкостенные, МЕДНЫЕ, охлаждаемые принудительной циркуляцией воды конструкции, которые имеют солидный рабочий ресурс. Это при 1600 .. 1700 С.
У наших , около Софии, облицовка- графитовьiми кирпичами, из них VMK свои сопла делает.
Non-conformist> На Ракетомодельном (Serge77_Ol29) проходила также информация о попытке охлаждения металлического соплового блока РДТТ принудительной циркуляцией воды, которую обеспечивала автомобильная помпа.
Не только там- в " библии" ЖРД именно так и написано- охлаждайте водой КС, сделайте ее из меди, не используйте сталь. Я подумьiвал об етом- пустить воду по внешней поверхности КС и пускай себе утекает в атмосферу..

Non-conformist> А что, если в качестве агента охлаждения использовать СО2, клапан которого открывать одновременно с подачей импульса зажигания? Судя по опыту общения с углекислотными огнетушителями, для того, чтобы КС НЕработающего небольшого ЖРД покрылась инеем в летнюю жару, будет нужен сравнительно небольшой расход. Предложение подразумевает намеренный уход от схемы охлаждения КС компонентами топливной смеси - с целью упрощения конструкции...

Куда его подавать, в камеру или по внешней повехности?

Serge77> Тут надо бы посоветоваться с кем-то знающим. Закись - это монотопливо с высокой температурой разложения. Поэтому она может не охлаждать, а наоборот нагревать стенку. Конечно, температура в пристеночном слое всё равно будет ниже, чем в центре камеры, где закись горит с горючим, но не настолько ниже, как хотелось бы.

Ай, как плохо! Видиш ли, делать завесу горючим- ето означает сделать массу отверстий малого диаметра, порядка 0.5мм, что весьма затруднительно, даже 1 мм трудно-ломаются сверла. Придется перейти на готовьiе карбюраторньiе жиклерьi, что тоже неудобно- для них конструкция головки КС получается еще сложнее, а и места мало- для одного отверстия 1мм теряем 6-7 мм для жиклера.

metero> Ай, как плохо! Видиш ли, делать завесу горючим- ето означает сделать массу отверстий малого диаметра, порядка 0.5мм

Это я понимаю.
Я бы сделал первую камеру стальную толстостенную, на 5-6 секунд этого хватит с запасом без охлаждения. Проблем и так будет много, я бы оставил охлаждение на потом.

А можно сделать теплоизолирующий вкладыш (одноразовый) и сопло из графита, всё по технологии РДТТ.

Serge77> Я бы сделал первую камеру стальную толстостенную, на 5-6 секунд этого хватит с запасом без охлаждения. Проблем и так будет много, я бы оставил охлаждение на потом.
От такой камеры надо будет ОЧЕНЬ аккуратно прятаться. И не будет ли она менять режим горения компонентов, раскаляясь до высоких температур? Другими словами, окажутся ли результаты испытаний показательными, можно ли будет экстраполировать их на летный двигатель - с ОХЛАЖДАЕМОЙ КС? Не будут ли напрасными материальные и трудовые затраты?

СО2 я предлагал расширять между стенками КС. То есть камера сгорания предполагалась с двойными стенками, с перспективой перехода на охлаждение компонентами топлива. Изготовление КС сложной формы (судя по мемуарной литературе это должен быть сфероид, формой напоминающий яйцо), потребует значительных интеллектуальных и прочих трудозатрат, но имхо эти усилия будут направлены как раз туда, куда надо, а не на конструирование бесперспективных с ракетной точки зрения стационарных устройств потенциально фгснго дйствя. На месте Метеро я начал бы прорабатывать вопрос выделки КС ЖРД с медных кувшинов. С технологии изготовления чеканных медных кувшинов и прочей посуды.

Serge77> А можно сделать теплоизолирующий вкладыш (одноразовый) и сопло из графита, всё по технологии РДТТ.
Это имхо гораздо более рациональный путь любителя, нежели охлаждаемые, а тем более толстостенные КС.

non-conformist>>?...На месте Метеро я начал бы прорабатывать вопрос выделки КС ЖРД с медных кувшинов. С технологии изготовления чеканных медных кувшинов и прочей посуды.
metero> Леша, я ето проходил еще 2-3 года назад, они вальцуют на токарьном станке все что захочеш, но толстую стенку не могут сделать, и вообще толщина ненормируемая
И вот тут я хотел бы уточнить, какое обычно бывает давление в КС ЖРД? Я что-то путаю, или А. Суворов все-таки когда-то говорил, что в КС ЖРД Фау-2 давление было около 20 кгс?

Погуглил на тему давления в КС ЖРД - всплыла цифра 500 PSI, т.е. около 30 кгс/см^2... Зачем же тогда камере сгорания ЖРД толстые стенки? Вспоминаю книжку В. Лей "Ракеты и полеты в космос" - там тоже вроде бы говорилось о ТОНКОСТЕННЫХ конструкциях из чистого алюминия - "кегельдюзе", "яйцо эпиорниса"...

Удалено автором.

Non-conformist> Зачем же тогда камере сгорания ЖРД толстые стенки?
Температура 3000 градусов или около. Уже при несколько сотен градусов прочность всех металлов становится как тесто. Единствено жаропрочная сталь от турбин КС самолетов держится хорошо, да и то охлажденная потоком топлива. Такой стали у меня нет, есть похуже, буржуйская, 35 евро кило. По материами МАИ "расчет ЖРД малой тяги", где-то вьiше по теме, прочитал о тепловой завесе. На ракетах 8К14, где служил, тоже бьiли специальньiе форсунки для охлаждения.
Насчет давления- чем больше, тем вьiше УИ. Но уже при 30 атм начинаются проблемьi прочности баков ( наддув). У них диаметр значителен и , знаеш, чем больше диаметр при одном давлении тем вьше напряг стенок.А турбонасос ВД ставить мне пока слабо.

P.S.Если охлаждение жидкостью, то- да, стенки тонкие.

Non-conformist>> Зачем же тогда камере сгорания ЖРД толстые стенки?
metero> P.S.Если охлаждение жидкостью, то- да, стенки тонкие.
Я именно такую конструкцию и имел в виду. Почитаешь немецкие мемуары - елки-палки, из чего же люди ЖРД в те времена делали... И ничего, как-то получалось - не сразу, понятно. Имхо единственное преимущество их перед нами - это то, что жидкий кислород был в те времена как будто общедоступен, чуть ли не как бензин. Почитай Лея, он дает довольно содержательное описание первых успешных любительских моторов. Хотя, конечно, технических деталей там совсем мало...

Кстати, пленочное охлаждение ("тепловая завеса" как ты пишешь) было тоже изобретено немцами, и впервые применено на той же А-4, Черток об этом пишет прямым текстом.